港大等团队首次证明新冠直接感染人中枢系统，应监测长期后果

新冠疫情以来，有部分病例报告了包括头痛、嗅觉丧失、老年痴呆、意识混乱、癫痫和脑病变在内的神经系统症状。此前一项对武汉214名住院COVID-19患者的研究中，36.4%的患者有神经学表现，在严重感染患者中比例更高，占到45.5%。同样，法国的一项研究报告了84.5%(49/58)的住院COVID-19患者出现神经系统症状。值得重视的是，德国最近的一项研究则表明，在36.4%(8/22)的死亡COVID-19病例中，可以在脑活检中检测到SARS-CoV-2 RNA，这强调了人脑中存在病毒感染的可能性。

香港大学李嘉诚医学院教授袁国勇等人也在关注这一问题。8月4日，自然出版集团旗下、中科院主管的权威期刊《细胞研究》（Cell Research）在线发表了来自香港大学、中科院深圳先进技术研究院、暨南大学等团队的一篇文章，题为“SARS-CoV-2 infects human neural progenitor cells and brain organoids”，除袁国勇之外，该研究通讯作者还包括香港大学李嘉诚医学院的Hin Chu和中科院深圳先进技术研究院的黄建东。

研究团队提到，到目前为止，还没有直接的实验证据表明SARS-CoV-2感染了人的中枢神经系统（CNS）。他们此前的研究已经表明，SARS-CoV-2可以感染神经元来源的细胞，并进行复制。与这一发现一致的是，他们发现SARS-CoV-2可以感染和损伤仓鼠的嗅觉感觉神经元。

可以清楚的是，作为SARS-CoV-2的进入受体，血管紧张素转换酶2 (ACE2)广泛存在于大脑中，并高度集中于黑质、颞中回和后扣带回皮层等多个部位。作者们认为，总之，这些发现表明，人类大脑可能是除肺部以外SARS-CoV-2感染的靶区。

为了探讨在生理相关模型中SARS-CoV-2是否直接参与中枢神经系统，研究团队评估了诱导多能(Cs)来源的人神经祖细胞(hNPCs)、神经球和脑类器官的SARS-CoV-2感染。

他们首先评估了ACE2和关键冠状病毒进入相关蛋白酶在hNPCs中的表达。数据表明，在hNPCs中很容易检测到ACE2、TMPRSS2、组织蛋白酶L和弗林蛋白酶。接下来，他们对hNPCs进行SARS-CoV-2感染试验（感染复数MOI为10），SARS-CoV感染作为对照。在感染后0、24和48 小时收集上清液，用于病毒复制评估。有趣的是，数据表明，SARS-CoV-2可以在hNPCs中复制(图1a；补充信息，图S2)，但SARS-CoV不能。

此外，他们量化了感染SARS-CoV-2的hNPCs的细胞活力。重要的是，SARS-CoV-2感染显着降低了模拟感染的hNPCs在感染72小时和120小时时的活力，分别至4.7% (P 0.0001)和2.5% (P 0.0001)。另外，与感染的hNPCs中SARS-CoV-2诱导大量细胞毒性相比，SARS-CoV-2感染并没有显着上调干扰素和促炎反应。

接下来，研究团队用SARS-CoV-2对3D神经球进行感染试验，并在感染后0、24、48和72小时收集上清液，用于病毒复制评估。他们发现，SARS-CoV-2 RNA依赖的RNA聚合酶(RdRp)拷贝数以随着感染时间增加显着增加。此外，斑块测定显示，感染的神经球中释放出了大量的感染性病毒颗粒。同时，对感染SARS-CoV-2的神经球进行冷冻和免疫染色以分析病毒抗原。研究团队发现，SARS-CoV-2核衣壳(N)蛋白很容易在感染的神经球中检测到，但在模拟感染的神经球中未检测到阳性信号。此外，电子显微镜在双膜结构的空泡中检测到大量的病毒颗粒，这可能是病毒颗粒形成的位置。这些结果表明，神经球允许SARS-CoV-2感染，并支持生产性病毒复制。为了研究SARS-CoV-2是否能感染脑类器官，研究团队对人源C来源的35天龄脑类器官进行SARS-CoV-2感染试验。他们发现在72小时的感染样本中检测到大量的SARS-CoV-2抗原，这表明SARS-CoV-2直接感染了脑类器官。

免疫荧光染色和共聚焦显微镜显示，在脑类器官周围区域和更深区域看到SARS-CoV-2-N信号。此外，在高度感染SARS-CoV-2的区域很容易看到细胞融合。在模拟感染的脑类器官中未检测到SARS-CoV-2-N信号。

接下来，研究团队分析了来自感染脑类器官的上清样本，评估SARS-CoV-2病毒颗粒的释放。结果显示，SARS-CoV-2 RdRp基因拷贝数呈随着感染时间增加而增加，提示子代病毒颗粒从感染的脑类器官中释放出来。具体来说，在感染72小时时检测到大约3.2×106个SARS-CoV-2 RdRp基因拷贝数，比感染0时高9倍(P 0.0001)。研究团队随后对感染SARS-CoV-2的脑类器官的上清样本进行菌斑分析，发现感染性病毒的滴度在感染24时达到峰值，在48时和72小时的时候能持续检测到。研究团队指出，这些结果清楚地表明，SARS-CoV-2可以有效地感染脑器官、释放病毒颗粒。值得注意的是，双免疫染色显示，SARS-CoV-2-N与神经元标记物TUJ1和神经祖细胞标记物NESTIN共定位，表明SARS-CoV-2可直接感染脑类器官中的皮层神经元和神经祖细胞。